Катализатор выделения кислорода с поверхностными сульфогруппами для электролиза воды с протонообменной мембраной

Перенос протонов играет ключевую роль в кислой реакции выделения кислорода. Оксид иридия (IrOx) обладает хорошей стабильностью, однако его каталитическая активность остается недостаточной при высоких плотностях тока. Введение следовых количеств сульфонатов в электрокатализаторы может усиливать перенос протонов, однако их значительное вымывание снижает стабильность катализатора. В настоящей работе представлен катализатор Ir/IrOx~SO3H с привитыми сульфогруппами (−SO3H), в котором сульфогруппы ковалентно связаны с оксидом иридия. Зафиксированные сульфогруппы облегчают перенос протонов и способствуют образованию интермедиатов *OOH, тем самым ускоряя кинетику реакции выделения кислорода. Электролизер воды с протонообменной мембраной и анодом Ir/IrOx~SO3H требует напряжения ячейки всего 1,75 В при плотности тока 3,0 А·см−2 и стабильно работает более 1000 ч без вымывания сульфогрупп, превосходя по активности электролизер воды с анодом из коммерческого оксида иридия. Кроме того, повышенный поверхностный потенциал частиц катализатора уменьшает их агрегацию, что способствует промышленному изготовлению мембранно-электродных узлов. Стратегия прочного связывания обладает потенциалом для развития катализаторов с привитыми сульфонатами для применения в энергетических конверсионных технологиях. Разработка устойчивых катализаторов для усиления переноса протонов открывает перспективы, но одновременно создает новые задачи для получения кислорода. В настоящей работе предложена стратегия прочного связывания для получения катализатора выделения кислорода с привитыми сульфогруппами, усиливающего перенос протонов и ускоряющего кинетику реакции.